(57)【要約】【課題】  アルミニウムドロス残灰を処理するための具体的な処理装置を提供すること。【解決手段】  処理装置１には、アルミニウムドロス残灰と水とを混在可能な反応槽２と、この反応槽２の内容物を加熱可能なバーナー３と、加熱反応中に反応槽２からの気体を排出可能な気体排出口４が設けられている。また、反応槽２の下端部には、特に反応の初期段階で加熱手段として使用される水蒸気を吹き込み可能な放出口６（吹き込み口）が設けられている。また、気体排出口４の出口側には、アンモニアを捕獲するアンモニア水タンク３８と、泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰を回収するバブルキャッチャー３７が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムドロス残灰と水とを混在可能な反応槽と、この反応槽の内容物を加熱可能な加熱手段と、加熱反応中に前記反応槽からの気体を排出可能な気体排出口とが設けられていることを特徴とするアルミニウムドロス残灰の処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、バーナーであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムドロス残灰の処理装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、バーナー及び、前記反応槽に設けられた吹き込み口から吹き込み可能な水蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウムドロス残灰の処理装置。
【請求項４】
前記気体排出口の出口側には、アンモニアを捕獲するアンモニア水タンクが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理装置。
【請求項５】
前記気体排出口の出口側には、泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰を回収するバブルキャッチャーが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のアルミニウムドロス残灰の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムドロス残灰の処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムの溶融時に発生するアルミニウムドロス中には、相当量のアルミニウムが含まれている。このため、業界ではアルミニウムドロスを処理することにより、アルミニウムを金属として取り出して、再使用している。また、金属アルミニウムを取り出したあとのアルミニウムドロス残灰は、鉄鋼用副資材として使用されており、窒素含有量が少ないものが、鉄鋼の脆性などに影響を与えず良いとされている。この用途に使用されないアルミニウムドロス残灰は最終処分場で処理されている。アルミニウムドロス残灰は、含有する窒素、塩素などにより火事や土壌汚染を引き起こす可能性がある。
そのようなアルミニウムドロス残灰の無害化法には、たとえば浸水法や溶融炉融解法などが知られている。このうち、浸水法は、アルミニウムドロス残灰に対して、数倍量（1倍量〜3倍量）の水を加えて、95℃で約24時間処理するという方法であり、簡便に実施することが出来る。また、溶融炉融解法は、専用の溶融炉を使用してアルミニウムドロス残灰を高温容器内で再加熱する方法である。
【０００３】
ところが、浸水法では、アンモニアなどの悪臭ガスや可燃ガスが環境に放出されてしまうという問題、及び処理時間がかかる割に窒素や塩素の除去率が悪いという問題がある。（アルミニウムドロス残灰に含有される窒化アルミニウム中の窒素の約60%および塩素の約6%）また、溶解炉融解法では、大量処理を行わなければ有効でないため、集中処理あるいは大規模設備でなければ実施しにくいという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２２５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者の一部は、上記問題点に鑑みて、アルミニウムドロス残灰の処理方法を開発してきた（例えば、特許文献１）。本発明は、この開発の延長上にあるものであり、その目的は、アルミニウムドロス残灰を処理するための具体的な処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るアルミニウムドロス残灰の処理装置は、アルミニウムドロス残灰と水とを混在可能な反応槽と、この反応槽の内容物を加熱可能な加熱手段と、加熱反応中に前記反応槽からの気体を排出可能な気体排出口とが設けられていることを特徴とする。
「加熱手段」とは、反応槽の内容物の温度を上昇させることにより、アルミニウムドロス残灰と水分との化学反応を進行させるための手段のことを意味しており、例えば、エネルギー源としては、炎そのもの、電気・光・化学エネルギー等から発生させた熱エネルギーなどを利用できる。このため、加熱手段としては、例えば、バーナー、電気炉、電波、オイルバス、ソルトバス、温水浴、水蒸気などを含む。これらの加熱手段のうち、好ましくは、バーナーにより反応槽の外側から内容物を加熱するものである。
【０００７】
バーナーのみによって反応槽の外側から加熱する場合には、反応槽の構成（例えば、容量・壁厚・形状）、反応槽内部のアルミニウムドロス残灰と水との混合比などの影響によって、加熱の初期状態において、内部壁面で固形物を形成してこびり付いてしまうことがある。この問題を回避するためには、バーナーに加えて、反応槽に吹き込み口を設けておき、この吹き込み口から反応槽の内部に水蒸気を吹き込む構成とすることが好ましい。このような構成にすれば、反応の初期には、水蒸気吹き込みによって、内部を撹拌しつつ、急速な高温高圧状態を形成することが可能となるので、こびり付きの問題を回避できやすい。
こうして、（１）第１の発明において、前記加熱手段はバーナーであることを特徴とする、又は（２）第１の発明において、前記加熱手段はバーナー及び、前記反応槽に設けられた吹き込み口から吹き込み可能な水蒸気であることを特徴とすることが好ましい。
【０００８】
「気体排出口」とは、アルミニウムドロス残灰を加熱反応しているときに発生するガス、又はガスと水との混合物である泡を排出するために設けられる。アルミニウムドロス残灰に含まれる窒化アルミニウムは、水と共に加熱されると、水酸化アルミニウムとアンモニアに変化する。このとき、ガスと水とが泡を形成することがあるため、その泡を排出するために、気体排出口が設けられている。
反応槽の内部に、アルミニウムドロス残灰と水とを混在させるには、（１）反応槽の外部で、予めアルミニウムドロス残灰と水とを混合させておき、その混合物を反応槽に投入する方法と、（２）反応槽に、水とアルミニウムドロス残灰とを混合しないで投入しておき、機械的或いは水蒸気吹き込みによって、反応槽の内部で混合する方法等があり得る。明細書中の実施形態では、上記（１）の方法を用いているが、上記（２）の方法を用いてもよい。その場合には、反応槽の内部に撹拌用の羽を設けることができる。
第１の発明によれば、反応槽の内部にアルミニウムドロス残灰と水分とを混在させておき、加熱手段により反応槽の内部温度を上げると、アルミニウムドロス残灰中の窒化アルミニウムは水酸化アルミニウムとアンモニアに変化することで、アルミニウムドロス残灰を処理することができる。
【０００９】
第１の発明において、前記気体排出口の出口側には、アンモニアを捕獲するアンモニア水タンクが設けられていることが好ましい。気体排出口からは、特に反応の初期段階において、アンモニアを含む泡が発生することがある。この泡は、アンモニア臭があるので、そのまま大気に放出することは好ましくない。このため、気体排出口に、アンモニア水タンクを設けて、アンモニア水としてアンモニアを回収することで、アンモニアの大気への放出を回避すると共に、アンモニアの再使用をも図ることができる。
また、第１の発明において、前記気体排出口の出口側には、泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰を回収するバブルキャッチャーを設けることが好ましい。特に、加熱反応の初期段階において、気体排出口から排出される泡には、アルミニウムドロス残灰が含まれていることがある。このため、そのようなアルミニウムドロス残灰を回収するためにバブルキャッチャーを設けることが好ましい構成となる。
【００１０】
こうして、第１の発明において、前記気体排出口の出口側には、アンモニアを捕獲するアンモニア水タンクと、泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰を回収するバブルキャッチャーとが設けられていることが好ましい。この発明によれば、加熱反応の初期段階に泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰はバブルキャッチャーにより回収し、その後にはアンモニア水タンクによってアンモニアを補集する。
また、バブルキャッチャーの位置は、前記反応槽の上端位置よりも上方に設けることが好ましい。そのようにすれば、バブルキャッチャーに溜まったアルミニウムドロス残灰を重力を利用しつつ、反応槽に戻すことが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【００１２】
＜処理装置＞
図１には、本実施形態のアルミニウムドロス残灰の処理装置１（以下、単に「処理装置１」という）の概要を示した。この処理装置１には、アルミニウムドロス残灰と水とを混在可能な反応槽２と、この反応槽２の内容物を加熱可能なバーナー３（本発明における加熱手段に該当する）と、加熱反応中に反応槽２からの気体を排出可能な気体排出口４とが設けられている。反応槽２は、厚さが約２２ミリメートルのステンレス鋼から形成されており、その内容量は約２４０リットルとされている。反応槽２の上端は、わずかに外方に向かって丸みを帯びた上蓋部１２とされている。また、反応槽２の上蓋部１２の下方は、ほぼ等形の略円筒状とされており、下端部分では漏斗状に下端側に向かって窄むように形成されている。
【００１３】
また、反応槽２の下端部中央には、加熱処理済の内容物を放出可能な放出口６が、細筒状に形成されている。この放出口６の下端には、加熱処理時には閉止される弁体７が設けられている。また、放出口６の中央には、ボイラ８からの水蒸気（本発明における加熱手段に該当する）を放出口６から反応槽２の内部に吹き込み可能なパイプ９が接続されている。こうして、本実施形態の放出口６は、本発明において、水蒸気を吹き込み可能な吹き込み口としても作用する。ボイラ８は、燃料ガス供給装置１０の燃焼によって、水Ｗを水蒸気とすることができる。なお、パイプ９の途中には、水蒸気の反応槽２への導入を制御する蒸気注入弁１１が設けられており、適宜に開閉を行うことができる。
また、バーナー３は、反応槽２の下端付近において、反応槽２の外方からその内容物を加熱可能となっている。反応槽２の下方周辺には、バーナー３を覆いつつ、耐火断熱の炉体５が設けられている。
【００１４】
反応槽２の上蓋部１２中央には、アルミニウムドロス残灰と水とを反応槽２の内部に投入可能な投入口１３が突設されている。この投入口１３の中央には、ボール弁１４が設けられている。ボール弁１４は、アルミニウムドロス残灰と水との混合物Ｑを加熱する際には閉止されている。ボール弁１４の上方には、ホッパ１５が設けられており、ここからアルミニウムドロス残灰と水との混合物Ｑが投入される。なお、図中の符号１６は、アルミニウムドロス残灰と水とを混合させるミキサーである。
上蓋部１２には、気体排出口４と同等形状に形成され、それが複数の連通孔部１７が突設されている。連通孔部１７Ａには、緊急時に反応槽２の内部に水Ｗを加圧給水するための緊急パイプ１８が接続されている。この緊急パイプ１８の他端部には、給水タンク１９が設けられている。給水タンク１９には、所定量の水Ｗが貯留されていると共に、窒素ガスボンベ２０からのパイプ２１が連結されている。また、給水タンク１９には、更に圧縮空気Ａによりタンク内を加圧可能なパイプ２２と、水Ｗを給水可能なパイプ２３とが連結されている。このパイプ２３には、ポンプ２４が設けられており、圧縮空気Ａの圧力に加えて、ポンプ２４の駆動によって冷却水タンク２５から水Ｗを給水タンク１９に供給することができる。
【００１５】
また、上蓋部１２の連通孔部１７Ｂには、反応槽２の内部に貯留された混合物Ｑの温度を測定する温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６は、異なる深さにおいて混合物Ｑの温度を測定可能なように、図示４個のものが設けられている。このセンサ２６からの出力信号は、上蓋部１２の外方にライン２６Ａで延出されて制御盤２８に伝達されている。また、反応槽２の外壁下端部には、外壁部分の温度を測定する温度センサ５１が設けられている。このセンサ５１からの出力信号も同様に制御盤２８に伝達されている。
この他に、連通孔部１７Ｃには、反応槽２の内部圧力を測定する圧力センサ２７が設けられている。この圧力センサ２７からの出力信号は、制御盤２８に伝達されている。また、連通孔部１７Ｃの上端部分には、安全弁２９が取り付けられている。
上蓋部１２の気体排出口４には、パイプ３０の一端部が連結されている。このパイプ３０の他端側には、複数の弁体から構成される圧力調節機構３１が設けられている。この圧力調節機構３１には、パイプ３０に対して並列に連結された５本のパイプと、各パイプに設けられた弁体とから構成されている。５本のパイプの全てには、流量調節弁３２が連結されている。また、５本のうち４本のパイプには、流量調節弁３２の下流に自動開閉弁３３Ａ〜３３Ｄが設けられている。この圧力調節機構３１の作動状態については、後に詳述する。
【００１６】
圧力調節機構３１の下流では、５本のパイプが再び連結されており、そこにはスイッチ弁３４が設けられている。このスイッチ弁３４には、排出側に２本のパイプ３５，３６が接続されており、一方のパイプ３５（矢印Ｘ方向）、又は他方のパイプ３６（矢印Ｙ方向）への通路を開放することができる。このうちパイプ３５には、バブルキャッチャー３７が設けられている。加熱反応の初期段階では、アルミニウムドロス残灰と水との混合物Ｑから泡がわき出してくることがある。この泡には、アルミニウムドロス残灰が含まれているため、そのままアンモニア水タンク３８側に流した場合には、アンモニア水の品質が低下したり、途中のパイプ３９，４０が詰まるおそれがある。そこで、アンモニア水タンク３８の上流側に、バブルキャッチャー３７を設けて、泡に含まれたアルミニウムドロス残灰を回収することとしている。このバブルキャッチャー３７は、中空状の容器から構成されており、泡を放置することにより破裂させ、その後に静置することでアルミニウムドロス残灰を沈殿回収する。
【００１７】
バブルキャッチャー３７の上部からは、スイッチ弁３４から延設された他方のパイプ３６に連結するパイプ４１が接続されている。このパイプ４１からは、気体及び気体状アンモニウムが流出可能となっている。また、バブルキャッチャー３７の下部からは、静置後に回収されたアンモニア水をアンモニア水タンク３８に流し込むパイプ４２が接続されている。更に、バブルキャッチャー３７の下部には、静置回収されたアルミニウムドロス残灰をミキサー１６に戻すドロス用ライン４３が設けられている。バブルキャッチャー３７の位置は、反応槽２の上端に設けられたミキサー１６の位置よりも上方に設けられているため、バブルキャッチャー３７に溜まったアルミニウムドロス残灰を重力を利用しつつ、ホッパ１５を通り、反応槽に戻すことが容易となっている。
【００１８】
スイッチ弁３４に接続された他方のパイプ３６の下流側には、一対の復水器４４，４５が設けられている。両復水器４４，４５には、冷却水ライン４６が連結されており、パイプ３６内の気体を冷却して、パイプ３９，４０を通して、アンモニア水をアンモニア水タンク３８に回収する。なお、両復水器４４，４５で回収しきれなかったアンモニアと水蒸気は、パイプ４７を通して希硫酸タンク４８に導入される。
なお、図１中において、冷却水ライン４６の途中に付けられている符号４９は、冷却水タンク２５の水を復水器４４，４５に流すためのポンプであり、符号５０は、ミキサー１６を洗浄するため及びドロスと混合するための水を送るポンプである。
【００１９】
＜処理装置の操作方法＞
次に、上記のように構成された本実施形態の処理装置１を用いて、アルミニウムドロス残灰を処理するときの作用について説明する。
まず、所定量の水とアルミニウムドロス残灰とをミキサー１６に投入し、予めよく混合しておく。本実施形態の処理装置１においては、約４０ｋｇのアルミニウムドロス残灰に対して、約１６０ｋｇの水を加えて混合し、合計約２００ｋｇの混合物Ｑをホッパ１５から投入口１３を介して、反応槽２に流し込む。
【００２０】
この条件では、初期加水比（＝水量／アルミニウムドロス残灰量）は、約４となっている。処理装置１において、アルミニウムドロス残灰の処理速度を向上させるには、一回当りのアルミニウムドロス残灰の処理量を多くすることが好ましい。このためには、初期加水比をなるべく小さくすると良い。
一方、余りに水量が少なすぎると、反応槽２内の加熱処理が均一に行われ難いことがある。更に、バーナー３による加熱処理によって、アルミニウムドロス残灰の一部が、反応槽２の内壁にこびり付いたり、内部で混合物Ｑの一部が固化してしまい、放出口６からの排出が困難となる問題が発生することがある。こうして、初期加水比としては、約２.５以上が好ましいが、更に好ましくは約４以上である。なお、初期加水比を大きくすることは、アルミニウムドロス残灰の高温高圧反応を進みやすくするので問題とはならないが、一回当りの処理量が少なくなってしまう。このため、実用的には、初期加水比を１０以下に押さえることが好ましい。
【００２１】
次に、ボイラ８の運転によって、水蒸気を放出口６から吹き込みつつ、混合物Ｑの温度を上げる。水蒸気吹き込みによって、内部温度が所定の温度に達したところで、バーナー３により、更に混合物Ｑを加熱加圧処理する。この加熱処理においては、ボイラ８による水蒸気吹き込みは、反応開始０分〜約１５分程度の初期時に行い、そこからはバーナー３による加熱加圧処理に変更する。ボイラ８からバーナー３への変更時点は、均熱領域の温度・圧力、アルミニウムドロス残灰の量などの条件によって、適宜決定することができる。
なお、加熱処理の初期においては、ボイラ８とバーナー３との両加熱手段を同時に用いることもできる。
【００２２】
アルミニウムドロス残灰を処理するときの時間と圧力との関係の一例を図２に、そのときの時間と温度との関係を図３に示した。この例では、反応開始から約３０分をかけて、均熱均圧状態（温度約２５０℃、圧力約４ＭＰａ）まで加熱し、その状態を１０分間維持した後に、加熱を終了して温度及び圧力を下げるという方法を採用している。なお、図２において、圧力が５ＭＰａの位置に引かれている点線は、反応槽２に設けられた安全弁２９の作動圧力である。
【００２３】
また、図３において、反応開始後０分〜約３０分において温度を上昇させている領域を昇温昇圧領域Ｅと、約３０分〜約４０分において温度をほぼ一定としている領域を均熱領域Ｆと、その後の温度を低下させる領域を降温減圧領域Ｇと称する。なお、降温減圧領域Ｇの最後において、温度が急激に下がっているのは、弁体７を開放して、反応終了後の混合物Ｑを放出口から取り出し（出）、弁体７を閉止して次の混合物を反応槽２に投入した（入）ことを意味している。
【００２４】
均熱領域Ｆにおける圧力としては、上記例に限られず、例えば約１.６ＭＰａ〜約４.５ＭＰａ程度の範囲で処理することができる。また、そのときの温度は、飽和水蒸気圧力に応じて設定することが可能である。
上記昇温昇圧領域Ｅと均熱領域Ｆとにおいて、圧力調節機構３１の駆動状態は、図３中に示す温度領域Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｐで、例えば、下表１または表２のように制御することができる。なお、温度領域の区分は、Ｌが初期温度〜約１００℃、Ｍが約１００℃〜約１６０℃、Ｎが約１６０℃〜約２１０℃、Ｐが約２１０℃〜約２５０℃である。この区分及び表１及び表２に示す弁の開閉制御は一例に過ぎず、具体的な実施態様に応じて、適宜変更して実施することが可能である。また、表中、○は弁の開状態を、×は弁の閉状態を示している。
【００２５】
【表１】
2005177556.tif 000003
【００２６】
【表２】
2005177556.tif 000004
【００２７】
また、加熱反応の開始初期においては、混合物Ｑから盛んにアンモニアと水蒸気とが発生するために、激しく泡が発生することがある。この泡には、アルミニウムドロス残灰が含まれているので、そのまま復水器４４，４５に通した場合には、アンモニア水の性質が低下したり、パイプ３９，４０が詰まる事態が懸念される。このため、加熱開始から暫くの間はスイッチ弁３４の操作により、流出方向を図１中の矢印Ｘ方向とし、気体排出口４から放出されてくるガス及び泡をバブルキャッチャー３７に導入するように制御する。バブルキャッチャー３７に導入された泡は弾けた後に、更に静置されることでアルミニウムドロス残灰、アンモニア、及びアンモニア水等に分離するので、これらをパイプ４３，４１，４２を介して、それぞれミキサー１６、復水器４４，４５及びアンモニア水タンク３８に導入する。
【００２８】
次に、昇温昇圧領域Ｅにおいて均熱領域Ｆに至る少し前には、泡の発生は比較的穏やかとなるので、アルミニウムドロス残灰が含まれた泡が気体排出口４から排出されてくることがほとんど無くなる。そこで、スイッチ弁３４の操作により、流出方向を図１中の矢印Ｙ方向とし、気体排出口４から放出されてくるガスを復水器４４，４５に導入する。
こうして、所定時間の加熱加圧処理が終了したら、バーナー３による加熱を止め、降温減圧領域に進む。反応槽２の内部温度が１００℃以下まで下がったところで、放出口６の弁体７を開放し、処理済の混合物Ｑを外部に取り出す。その後に弁体７を閉止し、次のアルミニウムドロス残灰と水との混合物をホッパ１５から投入して、上記と同様の加熱加圧処理を行う。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、反応槽２の内部にアルミニウムドロス残灰と水分との混合物Ｑを投入しておき、加熱手段により反応槽２の内部温度を上げると、アルミニウムドロス残灰中の窒化アルミニウムは水酸化アルミニウムとアンモニアに変化することで、アルミニウムドロス残灰を処理することができる。このとき、加熱手段として、バーナー３に加えて、反応槽２の放出口６（吹き込み口）から水蒸気を吹き込む構成とされているので、反応の初期には、水蒸気吹き込みによって、内部を撹拌しつつ、急速な高温高圧状態を形成することが可能となるので、こびり付きの問題が発生し難い。
【００３０】
また、特に反応の初期に発生する泡は、反応槽２の気体排出口４から排出される。加えて、気体排出口４の出口側には、アンモニアを捕獲するアンモニア水タンク３８が設けられているので、アンモニアをアンモニア水として回収する。こうして、アンモニアの大気への放出を回避すると共に、アンモニアの再使用を図ることができる。
更に、気体排出口４の出口側には、泡と共に排出されるアルミニウムドロス残灰を回収するバブルキャッチャー３７が設けられているので、パイプ３６，３０，４０を詰まらせることなくアルミニウムドロス残灰を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態における処理装置の概要を示す構成図である。
【図２】処理装置によって、アルミニウムドロス残灰を加熱処理するときの時間と圧力との関係の一例を示すグラフである。
【図３】処理装置によって、アルミニウムドロス残灰を加熱処理するときの時間と温度との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…アルミニウムドロス残灰の処理装置
２…反応槽
３…バーナー（加熱手段）
４…気体排出口
６…放出口（水蒸気の吹き込み口）
３７…バブルキャッチャー
３８…アンモニア水タンク
【図１】
2005177556.tif 000005
【図２】
2005177556.tif 000006
【図３】
2005177556.tif 000007